变体机翼柔性蒙皮形状优化设计及试验分析

为满足变体机翼柔性蒙皮在沿波纹方向有较大变形量的要求,对半圆形波纹蒙皮基体的形状进行优化,得到一种纵向变形能力与横向承载能力均优于半圆形的波纹形状。建立该基体与半圆形基体拉伸与三点弯曲的有限元模型,结果表明,优化后蒙皮基体的拉伸伸长量提高25%,承载变形量减少44.1%。对试验件进行拉伸与三点弯曲试验,其结果与仿真吻合较好。优化后的蒙皮基体的纵向变形能力与横向承载能力都得到显著增强。     

基于碳纤维增强复合材料的柔性蒙皮性能研究

探索波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮的可行性,推导复合材料的密度、各相所占的分数、复合材料中的孔隙含量以及材料拉伸弹性模量的计算公式,研究结构纵向变形能力和横向承载能力。分析实验数据,并根据复合材料理论分析模型,得出试件理论拉伸曲线和三点弯曲载荷下的理论挠曲线,分别与实验数据进行比较。结果表明:复合材料中的孔隙含量小于1%,证明试件的有效性;弹性模量实验值与理论值误差约为5%;该结构有较好的纵向变形能力和横向承载能力,在弹性变形段内,理论曲线与测试曲线基本吻合,误差小于10%,证明波纹式碳纤维增强复合材料作为变体机翼蒙皮可行。     

基于智能夹层的复合材料柔性蒙皮变形测量研究

探索变体机翼蒙皮拉伸变形测量的可行性,对波纹式复合材料蒙皮的变形测量方法进行研究。通过新配方制作了波纹式蒙皮试件,对其进行力学拉伸试验,分析蒙皮的力学性能。制作模块化的智能夹层,对安装在蒙皮上的智能夹层输出特性进行测试,并与直接粘贴在蒙皮表面的应变片输出特性进行对比分析。结果表明:通过新配方制作的柔性蒙皮线弹性范围达到0~7%;在蒙皮线弹性范围内智能夹层能有效测得应变数据,其应变灵敏系数相对于应变片由2.08降至1.84;由应变反推的蒙皮伸长量与实际伸长量较吻合。     

复合材料变体机翼后缘的动态特性研究

研究用于变体机翼后缘的U型复合材料蒙皮处于不同预变形下的动态特性。利用激振器对机翼后缘激振,模拟飞行中变体机翼后缘的环境振动,通过改变机翼后缘的偏转角度(0~25°),采集各U型波纹的动态应变信号进行数据分析。结果表明:蒙皮的预变形越大,振动所引起的U型蒙皮的变形越小;该蒙皮所能承受的机翼后缘角度偏转的安全工作范围为0~15°;用电阻应变片测量U型蒙皮波峰处的动态应变具有一定的实时性和可行性。     

基于变密度法的形状变化全柔性机构设计及实验研究

提出了使用基于连续体拓扑优化技术的全柔性机构实现自适应机翼的形状连续变化的设计方法。基于SIMP（solid isotropic material with penalization）密度刚度插值模型,以实际位移与目标位移之间的偏差为目标函数,材料用量为约束,使用优化准则法（OC）对该柔性机构进行了概念设计。对结果进行了边界光顺处理后使用ABS材料加工出了该柔性机构,并进行了形变的试验测试。试验结果表明该柔性机构能够实现预期的形状变化,证明了本文方法的正确性,为基于柔性机构技术的柔性机翼设计提供理论基础。     

具有SMA驱动层的柔性蒙皮主动变形特性研究

制作了模块化的形状记忆合金丝夹层,提出形状记忆合金丝驱动夹层与蜂窝结构蒙皮的集成方法。对形状记忆合金丝进行加热,由于夹层内形状记忆合金丝排布方式的不同,可分别实现蜂窝蒙皮后掠与上反。研究嵌入驱动器夹层后的蜂窝结构蒙皮的主动变形能力。结果表明,在激励电流为3 A时,蜂窝蒙皮试件可上反5.1°或后掠8°。这种通过蒙皮自身产生的变形能够降低变体机翼蒙皮变形对驱动力的要求。     

连杆的可靠性分析与形状优化设计

本文提出了一种有效的二维结构优化可靠性设计方法,并将可靠性设计方法应用于实际工程结构的优化设计中,通过对内燃机连杆的实例计算,说明将有限元法、优化方法和可靠性分析有机地结合起来,将是进行工程结构设计,得到轻巧、可靠、经济的结构的有效途径,并将有助于提高内燃机结构的设计水平。     

可主动变形的波纹式蒙皮基体制备及驱动特性

论述一种适用于变体机翼的具有主动变形能力的波纹式柔性蒙皮基体制备方法,并制作了拉伸测试件,进行拉伸实验。实验结果显示,当伸长量小于4%时,蒙皮基体线性伸长,在此范围内,可利用蒙皮自身的弹性使其恢复到原始形状。测试基于形状记忆合金(SMA)驱动器的波纹式蒙皮的主动变形效果,给SMA驱动器通以电流,利用SMA的形状记忆效应驱动蒙皮基体变形,试验测试不同电流下基体伸长2%所需的时间,及利用自身弹力回复时的残余变形量,蒙皮基体自身产生的变形将大大降低变体机翼蒙皮变形时对驱动力的要求。     

大展弦比复合材料机翼非线性变形及模态分析

为明确大展弦比复合材料机翼铺层渐变过程中的几何非线性变形及模态分布情况,构建了三种等厚度材质（全金属、半复合材料、全复合材料）机翼的有限元模型,基于CFD/FEM的计算方法研究了不同马赫数及不同攻角下三种机翼的弯曲变形、扭转变形以及模态分布。通过对比分析发现：三种材质机翼的弯曲与扭转变形均会随着马赫数的增加而呈现出非线性增长趋势,而攻角的改变则对机翼结构的非线性变形影响较小;复合材料铺层可以有效提高机翼结构的固有频率,添加45°铺层角度的机翼蒙皮、翼肋乃至翼梁,针对机翼扭转变形突显了较好的力学特性,有利于机翼结构的抗振设计;随着马赫数的增大,机翼各阶模态频率均呈现出下降趋势,其中高阶模态频率相对低阶模态频率下降趋势更加明显。     

变体制导炮弹气动特性分析及弹道仿真

为使制导炮弹在不同飞行状态均保持较优的气动外形,提高飞行效率,增加射程,设计了一种变体制导炮弹,并开展气动参数计算、气动特性分析和弹道仿真等研究。首先根据设计指标确定变体制导炮弹的气动布局,通过迭代优化确定弹翼、鸭舵、尾翼的具体参数,并描述其控制方式和弹道特点; 随后利用工程化算法计算变体制导炮弹的气动数据,分析升力系数、阻力系数和静稳定度等参数与弹翼外形变化之间的关系; 最后根据气动特性分析的结果为所设计的变体制导炮弹制定变体方案,采用hp-自适应伪谱法,分别对变体制导炮弹和固定外形制导炮弹以射程最大为目标进行弹道优化。结果表明:所设计的变体制导炮弹满足设计指标,具有良好的气动特性和操纵性,弹道计算结果表明通过引入变体飞行技术可以使射程提升10%～22.5%,研究结果可以为今后变体制导炮弹的研究提供参考。     

不同界面形状及结构的涂层残余热应力的有限元分析

为了提高大厚度耐磨涂层的结合强度,运用 ANSYS 软件对不同界面形状及结构的耐磨涂层中残余热应力进行有限元分析。分析表明:界面形状为齿形的涂层比界面形状为平面的涂层残余热应力值略大,但不存在局部的应力集中且应力分布较均匀;随着过渡层的增加,涂层热膨胀系数过渡越好,残余热应力越小。同时应用盲孔法获得残余应力实际值,用CMT4105型微机电子万能试验机测试涂层与基材的剪切结合强度,验证应力分布的正确性。     

火炮炮闩抽筒子结构优化设计

抽筒子的强度直接决定炮闩的可靠性,进而影响着舰炮的战斗力。针对抽筒子在工作过程中出现的屈服问题,以HyperWorks软件为平台,分别进行抽筒子拓扑优化和形状优化设计,为验证优化结果的正确性,运用ABAQUS软件,对炮闩的抽壳过程进行柔体动力学仿真,并分析比较优化前后炮闩的动能和内能、平均抽壳速度以及抽筒子的强度和刚度等参数的变化。计算结果表明,优化后抽筒子质量下降20.9%,工作时所受的最大应力下降13%,低于材料的屈服极限;优化后炮闩内能峰值降低3.44%,内能曲线向后推迟了0.16 ms,动能变化趋势与原始结构一致,但波动较大,平均抽壳速度减少0.442 m/s.     

航空弹药弹体结构强度分析及优化设计

为降低航空弹药质量,提升产品综合性能,对弹体结构进行优化设计.基于静力等效韧度原则,分析结构传力路径,应用形状优化及自由形状优化方法,改变承力位置局部结构,用铝合金材料替换高强度钢实现结构轻量化.提出适用于一般工程应用的减质量优化设计,在高应力区增加材料尺寸进行应力补偿,低应力区进行尺寸缩减,在局部结构突变位置增加倒角等措施以降低应力集中,材料替换后保证弹体结构可靠性.经优化,弹翼安装结构质量由6.6 kg降至2.6 kg,降幅为60％,效果显著.     

车载导弹发射架结构有限元分析与拓扑优化设计

发射架是车载发射装置的关键承力构件之一,其结构刚度和固有频率等静动力学特性对导弹发射精度具有重要影响。以某车载导弹发射架为研究对象,通过多种行军过载和载弹工况的有限元建模与分析对比,研究发射架的受载特点,提出导弹装填、卸载和发射作业序列规划的一般指导原则。进而对发射架结构进行多工况条件下的拓扑优化,讨论挤压约束、最小和最大尺寸约束对拓扑优化结果的影响。根据拓扑优化构型对发射架进行重构设计,对优化设计进行有限元校核分析。分析结果表明,与原有设计相比,拓扑优化设计后的发射架结构减重超过10%,且几乎所有考虑工况下的刚强度均得到改善,刚度最大增幅达到21.47%,等效应力最大降幅达到31.97%;前6阶固有频率提升超过12%,对于减小发射扰动具有重要意义。     

一种复杂舱段的渐进优化设计方法

为缩短研制周期,减少设计中的反复,提高设计质量,舱段的结构设计需要进行优化。探索一种解决复杂舱段结构设计的渐进优化设计方法。首先进行拓扑优化,根据拓扑优化结果设计方案;再进行静、动力学特性分析;而后对设计结构要素进行参数优化;最后进行试验验证。通过一个复杂舱段的结构设计与优化,验证方法的有效性。     

设备舱底板组件结构优化设计

为提高产品的性能,对设备舱底板组件进行静力学仿真.以底板组件的中间板厚和型材壁厚作为设计变量,构建设备舱底板组件3维模型,利用3维设计软件对底板组件结构进行参数化设计,基于轻量化原则,使用有限元分析软件对底板组件进行结构优化,对优化结果进行后处理,设置优化目标的参数与权重,确定最佳设计点.仿真结果表明:与原方案相比,优化后的底板组件质量减少40.94％.     

复合材料身管三维有限元分析与结构优化

复合材料在火炮身管的应用有利于减轻身管质量,提高身管刚度.基于三维各向异性单元和三维层合单元分别建立了复合材料身管有限元分析模型,进行了强度分析和模态分析.结合复合形优化算法,对复合材料身管进行了结构优化,优化结果表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,刚度得到了很大的提高.     

某经济型轿车车门刚度分析及结构优化

以某轿车的前车门为例,将CATIA中的三维模型导入Hypermesh中进行简化和网格划分,利用Optistruct进行分析计算,分析了各工况下的应力和刚度。针对车门薄弱部位提出了优化措施,并对优化后的车门进行了模态校核,结果表明：优化后的车门满足刚度要求。     

橡胶隔振器弹性特性分析及结构优化

通过橡胶力学性能试验,获得了建立橡胶超弹性材料本构模型所需的数据,并将试验数据与ABAQUS中不同的橡胶本构模型进行了曲线拟合,对结果进行了对比分析。建立了6自由度动力总成动力学仿真模型,结合能量解耦理论在ADAMS中对悬置系统刚度参数进行了优化。运用hyperm esh对某汽车悬置元件的结构进行了初步优化,然后利用ABAQUS软件对结构优化后的悬置元件的刚度进行了校核计算,计算结果达到了预定的目标。     

复合材料身管热-结构耦合分析与优化

以纤维增强复合材料身管为研究对象,采用有限元方法,建立复合材料身管热-结构耦合分析模型并进行了求解;基于有限元分析模型和优化方法,建立了以复合材料身管质量最轻为优化目标、复合材料身管结构刚强度为约束的优化模型,对各层材料厚度和复合材料缠绕角进行了优化设计,优化方法采用多岛遗传算法和序列二次规划相结合的综合优化策略.优化算例表明,在满足身管强度和刚度要求的条件下,优化得到的复合材料身管设计方案,质量指标得到了很好的改善.